CN111682321A - 多波束天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多波束天线，包括天线阵列、第一馈电网络和第二馈电网络；所述天线阵列由多个第一子阵列和多个第二子阵列混合组阵而成；所述第一子阵列由所述第一馈电网络或者所述第二馈电网络馈电，所述第二子阵列由所述第二馈电网络或者所述第一馈电网络馈电；所述第一馈电网络包括依次电性连接的第一移相网络，相位平衡电路和第一子阵列馈电网络，所述第二馈电网络包括依次电性连接的第二移相网络和第二子阵列馈电网络。借此，本发明能够将单波束水平面波宽跨度收敛在合理范围，改善多波束天线的覆盖质量。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线技术领域，尤其涉及一种多波束天线。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展，移动通信网络进入了2G、3G、4G并存以及4G、5G长期共存的时代，移动网络用户日益增多，即时通信、移动支付等消费互联网领域，图像传输、短视频传输等宽带应用领域蓬勃发展，常规三扇区天线布网方案逐渐无法满足用户需求，面临着网络覆盖容量不够、邻区干扰、天面资源紧缺、频谱资源有限等问题的挑战。
多波束天线是一种能够实现单天线水平面多小区分裂的天线，目前多见于双波束天线，三波束天线以及五波束天线。与同等长度的传统单波束天线相比，多波束天线覆盖具有以下特点：(1)背靠背的频率复用，不需要增加额外的频率资源；(2)更高的增益，覆盖强度更好，容量更高；(3)侧向电平下降更快，软切换更少；(4)前后比优异，干扰更少；(5)分区简单，天线更换方便；6、节约塔顶资源，降低能耗及站址建设成本。因此，随着5G时代的来临多波束天线成了基站天线发展趋势的重要分支，常常被用来替换热点小区的现网天线以提升网络覆盖容量和效果。
现有技术中宽频多波束天线的单波束水平面波宽跨度往往偏大，如1710-2690MHz范围内约40-22°，对应的1800MHz，2100MHz和2600MHz的覆盖区域随着其水平面波宽的减小而减小，当1800MHz的水平面波宽过宽时对应的覆盖范围过大导致越区覆盖。当2600MHz的水平面波宽过窄时对应的覆盖范围过小导致覆盖空洞，2600MHz用户回落在1800MHz网络，造成1800MHz网络拥塞，用户体验变差的问题，同时因波束偏转过大造成覆盖不均匀问题。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种多波束天线，其能够将单波束水平面波宽跨度收敛在合理范围，改善多波束天线的覆盖质量。
为了实现上述目的，本发明提供一种多波束天线，包括天线阵列、第一馈电网络和第二馈电网络；所述天线阵列由多个第一子阵列和多个第二子阵列混合组阵而成；所述第一子阵列由所述第一馈电网络或者所述第二馈电网络馈电，所述第二子阵列由所述第二馈电网络或者所述第一馈电网络馈电；所述第一馈电网络包括依次电性连接的第一移相网络，相位平衡电路和第一子阵列馈电网络，所述第二馈电网络包括依次电性连接的第二移相网络和第二子阵列馈电网络。
根据本发明所述的多波束天线，所述天线阵列由多个第一子阵列组和多个第二子阵列组依次间隔排布组成，所述第一子阵列组包括至少一个所述第一子阵列；所述第二子阵列组包括至少一个所述第二子阵列。
根据本发明所述的多波束天线，所述第一子阵列由水平方向两两一组的8个辐射单元组成；所述第二子阵列由水平方向两两一组的6个辐射单元组成。
根据本发明所述的多波束天线，所述第一子阵列馈电网络包括依次电性连接的至少一个第一组一级电桥、第一组功分器和第一组二级电桥；所述第二子阵列馈电网络包括依次电性连接的至少一个第二组一级电桥、第二组功分器和第二组二级电桥。
根据本发明所述的多波束天线，所述第一子阵列馈电网络包括依次电性连接的一个第一组一级3dB电桥，两个第一组一分二功分器和两个第一组二级3dB电桥；所述第一组一级3dB电桥的两个输出端分别接到一个所述第一组一分二功分器的输入端，形成四路输出信号；再将所述四路输出信号分成幅度高的两路输出信号和幅度低的两路输出信号，分别接到一个所述第一组二级3dB电桥的两个输入端，最后将所述四路输出信号分别连接到所述第一子阵列的辐射单元输入端。
根据本发明所述的多波束天线，所述第一组一分二功分器的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:10。
根据本发明所述的多波束天线，所述第一子阵列对应的所述相位平衡电路分别使所述四路输出信号发生90～145°的等差相位平衡。
根据本发明所述的多波束天线，所述第二子阵列馈电网络包括依次电性连接的一个第二组一级3dB电桥，一个第二组一分二功分器和一个第二组二级3dB电桥；所述第二组一级3dB电桥的一个输出端连接到所述第二组一分二功分器的输入端，所述第二组一级3dB电桥的另一个输出端连接到所述第二组二级3dB电桥的一个输入端；所述第二组一分二功分器的一个输入端连接到所述第二组二级3dB电桥的另一个输入端，所述第二组一分二功分器的另一个输入端直接连接到所述第二子阵列的所述辐射单元输入端，形成三路输出信号；再将所述三路输出信号分成幅度高的输出信号、幅度中的输出信号和幅度低的输出信号，将所述幅度高的输出信号和所述幅度低的输出信号连接到所述第二组一级3dB电桥的两个输入端，最后将所述三路输出信号分别连接到所述第二子阵列的所述辐射单元输入端。
根据本发明所述的多波束天线，所述第二组一分二功分器的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:6。
根据本发明所述的多波束天线，所述第二子阵列对应的所述相位平衡电路分别使所述三路输出信号发生90～145°的等差相位平衡。
本发明多波束天线由多个子阵列混合组阵组成，对应的子阵列馈电网络由电桥、功分器和电桥依次相连组成，若干子阵列馈电网络有对应的相位平衡电路，多波束天线的输入端经由移相网络、相位平衡电路和子阵列馈电网络向子阵列对应的辐射单元馈电。辐射单元的输入信号具有幅度斜率和相位斜率随频率变化而变化的特点，使幅度比在低频时较小，高频时较大；相位差在低频时较小，高频时较大。因此多波束天线能够在超宽带范围内，使其单波束水平面波宽收敛在33°附近，将单波束水平面波宽的跨度收敛在合理范围，避免水平面波宽过宽时对应的覆盖范围过大导致越区覆盖，以及水平面波宽过窄时对应的覆盖范围过小导致覆盖空洞的问题，从而改善多波束天线的覆盖质量。此外，本发明多波束天线的子阵列馈电网络和相位平衡电路设计灵活，方便布局，有利于提高天线的可生产性并控制成本。
附图说明
图1是本发明优选多波束天线的电路结构示意图；
图2是本发明优选多波束天线的第一种优选天线阵列的示意图；
图3是本发明优选多波束天线的第二种天线阵列的示意图；
图4本发明优选多波束天线的第一馈电网络的示意图；
图5本发明优选多波束天线的第二馈电网络的示意图；
图6是本发明多波束天线的第一子阵列馈电网络的示意图；
图7是本发明多波束天线的第二子阵列馈电网络的示意图。
附图标记
天线阵列10； 第一子阵列11；
第二子阵列12； 第一馈电网络20；
第一移相网络21； 相位平衡电路22；
第一子阵列馈电网络23； 第一组一级3dB电桥231；
第一组一分二功分器232； 第一组二级3dB电桥233；
第二馈电网络30； 第二移相网络31；
第二子阵列馈电网络32； 第二组一级3dB电桥321；
第二组一分二功分器322； 第二组二级3dB电桥323；
多波束天线100。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
图1示出了本发明优选多波束天线的电路结构，所述多波束天线100包括天线阵列10、第一馈电网络20和第二馈电网络30。所述天线阵列10由M个第一子阵列11和N个第二子阵列12混合组阵而成，其中M≥1，N≥1。所述第一子阵列11由第一馈电网络20或者第二馈电网络30馈电，第二子阵列12由第二馈电网络30或者第一馈电网络20馈电。即本发明至少包括两种情况：第一种是第一子阵列11由第一馈电网络20馈电，第二子阵列12由第二馈电网络30馈电；或者，所述第一子阵列11由第二馈电网络30馈电，第二子阵列12由第一馈电网络20馈电。
所述第一馈电网络20包括依次电性连接的第一移相网络21，相位平衡电路22和第一子阵列馈电网络23，第二馈电网络30包括依次电性连接的第二移相网络31和第二子阵列馈电网络32。
本发明多波束天线100由多个子阵列混合组阵组成，对应的子阵列馈电网络由电桥，功分器、电桥依次相连组成，若干子阵列馈电网络有对应的相位平衡电路，多波束天线100的输入端经由移相网络，相位平衡电路、子阵列馈电网络向子阵列对应的辐射单元馈电；辐射单元的输入信号具有幅度斜率和相位斜率均随频率变化而变化的特点，因此多波束天线100能够在超宽带范围内，如1710-2690MHz，使其单波束水平面波宽收敛在33°附近，波束指向30°附近，覆盖60°扇区，可避免现有多波束天线的水平面波宽过宽时对应的覆盖范围过大导致越区覆盖，以及水平面波宽过窄时对应的覆盖范围过小导致覆盖空洞的问题，从而改善多波束天线的覆盖质量。
如图2所示，所述第一子阵列11优选由水平方向两两一组的8个辐射单元组成。如图3所示，第二子阵列12优选由水平方向两两一组的6个辐射单元组成。显然，本发明第一子阵列11和第二子阵列12的结构并不限于图2和图3所示的子阵列结构，完全可以根据实际需要灵活设置不同的结构。
优选的是，天线阵列10由多个第一子阵列组和多个第二子阵列组依次间隔排布组成，第一子阵列组包括至少一个第一子阵列11。第二子阵列组包括至少一个第二子阵列12。如图2示出了本发明优选的第一种天线阵列，所述第一种天线阵列从上端(左)起，由2个第一子阵列(即第一子阵列组1)，3个第二子阵列(即第二子阵列组1)、1个第一子阵列(即第一子阵列组2)依次间隔排布组成。如图3所示的第二种天线阵列，所述第二种天线阵列从上端(左)起，由1个第一子阵列(即第一子阵列组1)，3个第二子阵列(即第二子阵列组1)、1个第一子阵列(即第一子阵列组2)、1个第二子阵列(即第二子阵列组2)依次间隔排布组成。显然，本发明天线阵列10的结构并不限于图2和图3所示的天线阵列结构，完全可以根据实际需要灵活设置不同的结构。
优选的是，所述第一子阵列馈电网络23包括依次电性连接的至少一个第一组一级电桥、第一组功分器和第一组二级电桥。所述第二子阵列馈电网络32包括依次电性连接的至少一个第二组一级电桥、第二组功分器和第二组二级电桥。
图4是本发明优选多波束天线的第一馈电网络的示意图，所述第一馈电网络20包括依次电性连接的第一移相网络21，相位平衡电路22和第一子阵列馈电网络23，多波束天线100的输入端经由第一移相网络21，相位平衡电路22、第一子阵列馈电网络23向子阵列对应的辐射单元馈电。
图5是本发明优选多波束天线的第二馈电网络的示意图，所述第二馈电网络30包括依次电性连接的第二移相网络31和第二子阵列馈电网络32。多波束天线100的输入端经由第二移相网络31和第二子阵列馈电网络32向子阵列对应的辐射单元馈电。
图6是本发明多波束天线的第一子阵列馈电网络的示意图，所述第一子阵列馈电网络23包括依次电性连接的一个第一组一级3dB电桥231，两个第一组一分二功分器232和两个第一组二级3dB电桥233。第一组一级3dB电桥231有两个输入端1和2，两个输出端3和4，两个输出端3和4分别接到一个第一组一分二功分器232的输入端，从而形成四路输出信号5～8。再将四路输出信号5～8按照幅度高低两两一组，分成幅度高的两路输出信号5和7和幅度低的两路输出信号6和8，分别接到第一组二级3dB电桥233的两个输入端5和6，7和8，最后将四路输出信号9和10，11和12分别连接到第一子阵列11的辐射单元输入端。
优选的是，所述第一组一分二功分器232的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:10。
优选的是，所述第一子阵列11对应的相位平衡电路22分别使四路输出信号发生90～145°的等差相位平衡，使得最终输出给第一子阵列11的辐射单元的四路输出信号在1710MHz的相位差接近90°。例如0°，-90°，-180°，-270°。2690MHz的相位差接近-115°，如0°，-115°，-230°，-345°；1710MHz的功率比为1:1:1:1，2690MHz的功率比为1:6:6:1。
图7是本发明多波束天线的第二子阵列馈电网络的示意图，所述第二子阵列馈电网络32包括依次电性连接的一个第二组一级3dB电桥321，一个第二组一分二功分器322和一个第二组二级3dB电桥323。第二组一级3dB电桥321有两个输入端1和2，两个输出端3和4。第二组一级3dB电桥321的一个输出端4连接到第二组一分二功分器322的输入端，第二组一级3dB电桥321的另一个输出端3连接到第二组二级3dB电桥323的一个输入端。第二组一分二功分器322的一个输入端连接到第二组二级3dB电桥323的另一个输入端，第二组一分二功分器322的另一个输入端直接连接到第二子阵列12的辐射单元输入端，形成三路输出信号3，5和6。再将三路输出信号3，5和6按照幅度高低组合，分成幅度高的输出信号3、幅度中的输出信号6和幅度低的输出信号5，将幅度高的输出信号3和幅度低的输出信号5连接到第二组一级3dB电桥321的两个输入端3和5，最后将三路输出信号6～8分别连接到第二子阵列12的辐射单元输入端。
优选的是，所述第二组一分二功分器322的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:6。
优选的是，所述第二子阵列12对应的相位平衡电路22分别使三路输出信号发生90～145°的等差相位平衡，使得最终输出给第二子阵列12的辐射单元的三路输出信号在1710MHz的相位差接近100°。如0°，-100°，-200°，2690MHz的相位差接近-125°。如0°，-125°，-250°；1710MHz的功率比为1:2:1，2690MHz的功率比为4:1:4。
综上所述，本发明多波束天线由多个子阵列混合组阵组成，对应的子阵列馈电网络由电桥、功分器和电桥依次相连组成，若干子阵列馈电网络有对应的相位平衡电路，多波束天线的输入端经由移相网络、相位平衡电路和子阵列馈电网络向子阵列对应的辐射单元馈电。辐射单元的输入信号具有幅度斜率和相位斜率随频率变化而变化的特点，使幅度比在低频时较小，高频时较大；相位差在低频时较小，高频时较大。因此多波束天线能够在超宽带范围内，使其单波束水平面波宽收敛在33°附近，将单波束水平面波宽的跨度收敛在合理范围，避免水平面波宽过宽时对应的覆盖范围过大导致越区覆盖，以及水平面波宽过窄时对应的覆盖范围过小导致覆盖空洞的问题，从而改善多波束天线的覆盖质量。此外，本发明多波束天线的子阵列馈电网络和相位平衡电路设计灵活，方便布局，有利于提高天线的可生产性并控制成本。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种多波束天线，其特征在于，包括天线阵列、第一馈电网络和第二馈电网络；所述天线阵列由多个第一子阵列和多个第二子阵列混合组阵而成；所述第一子阵列由所述第一馈电网络或者所述第二馈电网络馈电，所述第二子阵列由所述第二馈电网络或者所述第一馈电网络馈电；所述第一馈电网络包括依次电性连接的第一移相网络，相位平衡电路和第一子阵列馈电网络，所述第二馈电网络包括依次电性连接的第二移相网络和第二子阵列馈电网络。
2.根据权利要求1所述的多波束天线，其特征在于，所述天线阵列由多个第一子阵列组和多个第二子阵列组依次间隔排布组成，所述第一子阵列组包括至少一个所述第一子阵列；所述第二子阵列组包括至少一个所述第二子阵列。
3.根据权利要求1所述的多波束天线，其特征在于，所述第一子阵列由水平方向两两一组的8个辐射单元组成；所述第二子阵列由水平方向两两一组的6个辐射单元组成。
4.根据权利要求1所述的多波束天线，其特征在于，所述第一子阵列馈电网络包括依次电性连接的至少一个第一组一级电桥、第一组功分器和第一组二级电桥；所述第二子阵列馈电网络包括依次电性连接的至少一个第二组一级电桥、第二组功分器和第二组二级电桥。
5.根据权利要求4所述的多波束天线，其特征在于，所述第一子阵列馈电网络包括依次电性连接的一个第一组一级3dB电桥，两个第一组一分二功分器和两个第一组二级3dB电桥；所述第一组一级3dB电桥的两个输出端分别接到一个所述第一组一分二功分器的输入端，形成四路输出信号；再将所述四路输出信号分成幅度高的两路输出信号和幅度低的两路输出信号，分别接到一个所述第一组二级3dB电桥的两个输入端，最后将所述四路输出信号分别连接到所述第一子阵列的辐射单元输入端。
6.根据权利要求5所述的多波束天线，其特征在于，所述第一组一分二功分器的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:10。
7.根据权利要求5所述的多波束天线，其特征在于，所述第一子阵列对应的所述相位平衡电路分别使所述四路输出信号发生90～145°的等差相位平衡。
8.根据权利要求4所述的多波束天线，其特征在于，所述第二子阵列馈电网络包括依次电性连接的一个第二组一级3dB电桥，一个第二组一分二功分器和一个第二组二级3dB电桥；所述第二组一级3dB电桥的一个输出端连接到所述第二组一分二功分器的输入端，所述第二组一级3dB电桥的另一个输出端连接到所述第二组二级3dB电桥的一个输入端；所述第二组一分二功分器的一个输入端连接到所述第二组二级3dB电桥的另一个输入端，所述第二组一分二功分器的另一个输入端直接连接到所述第二子阵列的所述辐射单元输入端，形成三路输出信号；再将所述三路输出信号分成幅度高的输出信号、幅度中的输出信号和幅度低的输出信号，将所述幅度高的输出信号和所述幅度低的输出信号连接到所述第二组一级3dB电桥的两个输入端，最后将所述三路输出信号分别连接到所述第二子阵列的所述辐射单元输入端。
9.根据权利要求8所述的多波束天线，其特征在于，所述第二组一分二功分器的功率比随频率增大而变大，且斜率可控，功率比范围为1:1～1:6。
10.根据权利要求8所述的多波束天线，其特征在于，所述第二子阵列对应的所述相位平衡电路分别使所述三路输出信号发生90～145°的等差相位平衡。
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